电机故障诊断技术与应用.ppt

1、电机故障诊断技术与应用电机故障诊断技术与应用 何为电机系统何为电机系统?电机系统结构图电机系统结构图电机系统结构图电机系统结构图交流电源交流电源Process Mechanical and Electrical Feedback电机驱动系统电机驱动系统机械系统机械系统1200 rpm根据根据 EPRI的报告：的报告：电机故障的电机故障的 53%源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等；源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等；47%源于电气原因；源于电气原因；这其中，这其中，10%源于转子，如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条等；源于转子，如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条等；37%源于定子绕组。源

2、于定子绕组。电机故障源于何处？电机故障源于何处？电机故障源于何处？电机故障源于何处？引起故障的外在因素引起故障的外在因素引起故障的外在因素引起故障的外在因素 一、电机故障诊断的多种途径一、电机故障诊断的多种途径一、电机故障诊断的多种途径一、电机故障诊断的多种途径 电压表电压表 安培表安培表 功率表功率表 数据采集器数据采集器 电源质量分析仪电源质量分析仪 动态效率仪动态效率仪 动态电机电流分析动态电机电流分析MCSA动态电气测试动态电气测试 DET 红外分析红外分析 振动分析振动分析 超声诊断超声诊断动态机械测试动态机械测试 DMT 欧姆表欧姆表/毫欧表毫欧表 绝缘电阻计（吸收比绝缘电阻计（吸

3、收比/极化指数）极化指数）高压绝缘测试仪高压绝缘测试仪 LCR 测试仪测试仪 浪涌测试仪浪涌测试仪 静态电机电路分析（静态电机电路分析（MCA）静态电气测试静态电气测试 SET电机检测的误区！电机检测的误区！电机检测的误区！电机检测的误区！1)认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的；认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的；2)运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；3)3)匝间短路的发展与阻值的降低不成正比！匝间短路的发展与阻值的降低不成正比！v摇表就可解决问题摇表就可解决问题错误！错误！v电桥可以检测到匝间短路电桥可以检测到匝间短路错误！错误！对地

4、绝缘问题仅占电机系统故障中对地绝缘问题仅占电机系统故障中 5%以下以下v使用匝间耐压试验仪？使用匝间耐压试验仪？1)破坏性试验；破坏性试验；2)波形复杂，难以分析；波形复杂，难以分析；3)有些匝间短路的情况在波形上无反映有些匝间短路的情况在波形上无反映;4)设备笨重。设备笨重。二、二、二、二、MCAMCA诊断技术原理诊断技术原理诊断技术原理诊断技术原理pMCA 基本原理将电机看成是包含电阻、电感、电容的复杂电路。基本原理将电机看成是包含电阻、电感、电容的复杂电路。电阻电阻 R电感电感 L电容电容 C相角相角 Fi阻抗阻抗 Z2=R2+(XL-XC)2p电机绕组的重要参数包括：电机绕组的重要参数

5、包括：定子定子定子定子转子转子转子转子p简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。p交流电机真正的三相平衡是交流电机真正的三相平衡是 阻抗阻抗阻抗阻抗 与与 相角相角相角相角 的平衡。的平衡。阻抗阻抗阻抗阻抗 的平衡测试解决以下问题的平衡测试解决以下问题的平衡测试解决以下问题的平衡测试解决以下问题：转子故障：铸件缺陷、气隙不均衡、偏心、断条断环；转子故障：铸件缺陷、气隙不均衡、偏心、断条断环；定定子子绕绕组组故故障障：匝匝间间、线线间间（层层间间）、相相间间短短路路；绝绝缘缘缺缺陷陷（将将磁磁通通集集中点转向至缺陷点）。中点转向至缺陷点）。MCA技术的

6、核心技术的核心 阻抗测试阻抗测试对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：倍频测试值倍频测试值 I/F，即频率加倍的变化率：，即频率加倍的变化率：纯电感电路：纯电感电路：I/F -50%即电流减少一半即电流减少一半 纯电阻电路：纯电阻电路：I/F -0%即电流不变即电流不变 纯电容电路：纯电容电路：I/F 100%即电流增加一倍即电流增加一倍 MCA技术的核心技术的核心 I/F倍频测试倍频测试I/F=III2II=100%U R2+(L-)2I=1CUR2+(2L-)2I I 频率加倍频率加倍=12C最初最初:无匝间短路发生，无匝间短路发生，L

7、R，类似，类似“纯电感电路纯电感电路”；I/FI/F趋近于趋近于趋近于趋近于 -50%-50%最后最后:匝间短路严重，匝间短路严重，L失效，仅剩少量失效，仅剩少量 R，类似，类似“纯电阻电路纯电阻电路”：I/FI/F趋近于趋近于趋近于趋近于 -0%0%t 匝间短路的发展趋势是匝间短路的发展趋势是 I/F值从值从-50%向向-0%t 三相三相 I/F值的比较可轻易诊断匝间短路的位置与程度！值的比较可轻易诊断匝间短路的位置与程度！例如：例如：-44，-44，-44，完好，完好 -42，-43，-44，良好，良好 -40，-44，-43，短路发生，差！，短路发生，差！AT31AT31测试范例测试范例

8、测试范例测试范例更新换代的新产品更新换代的新产品三、诊断与实例三、诊断与实例三、诊断与实例三、诊断与实例AT4AT4测试范例测试范例测试范例测试范例 以以上上标标准准已已经经 美美国国能能源源部部 及及 IEEE 的的15年年考考核核，被被认认为为阻阻抗抗测测试试较较直直阻阻R的的测测试试更更精精确确，I/F用用于于评评估估故故障障源源于于定定子子还还是是转转子子，且且能能够够诊诊断断早早期期匝匝间间短短路路等等故故障障。如如今今这这一一标标准准已已成成为为美美能能源源部部推推荐荐的的电电机机质量评判依据。质量评判依据。电机诊断的国际标准电机诊断的国际标准快速诊断各类故障快速诊断各类故障快速诊

9、断各类故障快速诊断各类故障定子绕组定子绕组定子铁芯定子铁芯转子转子轴承轴承风扇风扇绕组短路绕组短路相角相角 Fi 与与 I/F接头松动接头松动电阻电阻 R绕组污染或过热绕组污染或过热电感电感 L 与与 阻抗阻抗 Z转子状态与细化分析转子状态与细化分析电感或阻抗波形电感或阻抗波形相角相角 与与 I/F：Fi 与与 I/F +/-2 同相、同绕组的匝间短路同相、同绕组的匝间短路Fi +/-1,I/F 平衡平衡 同相绕组中的线圈间短路（层间短路）同相绕组中的线圈间短路（层间短路）Fi 平衡平衡,I/F +/-2 相间短路相间短路此结论与电机大小无关此结论与电机大小无关电阻电阻 +/-5%精确区分匝间

10、精确区分匝间精确区分匝间精确区分匝间/层间层间层间层间/相间故障相间故障相间故障相间故障匝间匝间线间线间相间相间IEEE PENROSE 定理定理将转子一周看成时钟的将转子一周看成时钟的12等分，在每个位置分别测试每相的电等分，在每个位置分别测试每相的电感量感量L，利用，利用 Exel 得出以下图形，反映转子的故障类型：铸造得出以下图形，反映转子的故障类型：铸造缺陷或断条；缺陷或断条；精密分析转子电磁特性精密分析转子电磁特性精密分析转子电磁特性精密分析转子电磁特性 转子完好转子完好铸造缺陷导致不平衡气隙铸造缺陷导致不平衡气隙Basic Data Interpretation3000 hp Al

11、ternator交流电机的转子电磁特性静态测试交流电机的转子电磁特性静态测试交流电机的转子电磁特性静态测试交流电机的转子电磁特性静态测试 断条！断条！例一：例一：例一：例一：11KW11KW交流电机交流电机交流电机交流电机三相相角三相相角Fi与与 I/F 不平衡，电机仍在运行，但随时会发生停机事故。不平衡，电机仍在运行，但随时会发生停机事故。测试结果反映出定子绕组的故障（匝间短路）。测试结果反映出定子绕组的故障（匝间短路）。T1-T2T1-T3T2-T3偏差偏差R0.9541.0540.96510%Z52965646%L20192214%相角相角Fi8083855I/F-44-39-395绝缘

12、绝缘99M例二：例二：例二：例二：300 KW300 KW电机多次轴承失效电机多次轴承失效电机多次轴承失效电机多次轴承失效300 KW,3600 RPM 连续多次发生轴承失效；连续多次发生轴承失效；存在铸造缺陷，同时存在偏心，最大的可能是轴套定位偏差。存在铸造缺陷，同时存在偏心，最大的可能是轴套定位偏差。例三：例三：例三：例三：转子断条转子断条转子断条转子断条振动分析、电流分析检测，都因信号太弱而没有发现问题。振动分析、电流分析检测，都因信号太弱而没有发现问题。R、Fi、I/F均无大的偏差，而均无大的偏差，而Z、L偏差很大，转子测试发现断条。偏差很大，转子测试发现断条。三相电感圆周分布图三相电

13、感圆周分布图直流电机测试直流电机测试直流电机测试直流电机测试可进一步检测换向器可进一步检测换向器可进一步检测换向器可进一步检测换向器例四：例四：例四：例四：410KW410KW直流机车牵引电机直流机车牵引电机直流机车牵引电机直流机车牵引电机电枢污染电枢污染新电机新电机大面积短路大面积短路u电阻电阻 R:5%（0.250 ）7.5%（0.250 ）u阻抗阻抗 Z：5%u电感电感 L：5%u相角相角 Fi：+/-1度度uI/F：+/-2u与原始数据的偏差应格外注意与原始数据的偏差应格外注意IEEEIEEE 变压器诊断标准（三相偏差）变压器诊断标准（三相偏差）变压器诊断标准（三相偏差）变压器诊断标准

14、（三相偏差）8-9 使用时间，噪音很大使用时间，噪音很大例五：例五：例五：例五：150KVA 150KVA 干式变压器干式变压器干式变压器干式变压器例六：例六：例六：例六：绝缘降低且轻微匝间短路的绝缘降低且轻微匝间短路的绝缘降低且轻微匝间短路的绝缘降低且轻微匝间短路的变压器变压器变压器变压器建立数据库管理，实现趋势分析与预测建立数据库管理，实现趋势分析与预测建立数据库管理，实现趋势分析与预测建立数据库管理，实现趋势分析与预测EMCAT 专家诊断专家诊断IEEE推荐的电机状态监测时间间隔：推荐的电机状态监测时间间隔：预知维修与监测进程预知维修与监测进程预知维修与监测进程预知维修与监测进程四、四、

15、四、四、MCSA MCSA 电机电流信号分析技术电机电流信号分析技术电机电流信号分析技术电机电流信号分析技术 电流电流电流电流频谱分析频谱分析频谱分析频谱分析v 传送带通过频率传送带通过频率v 扇叶通过频率扇叶通过频率v 齿轮啮合频率齿轮啮合频率v 轴承故障频率轴承故障频率v 传送带拍频传送带拍频电源故障电源故障v 转频转频v 定子槽频定子槽频v 转子条频转子条频电机电气故障电机电气故障电机电气故障电机电气故障电机机械故障电机机械故障电机机械故障电机机械故障v 高次谐波高次谐波转子裂条转子裂条铸造缺陷或软齿铸造缺陷或软齿电流谱分析电流谱分析转子故障转子故障电流谱分析电流谱分析偏心偏心150Hz

16、 50HzCF=973.2Hz150Hz 50Hz 24.33Hz静态偏心静态偏心静态偏心静态偏心动态偏心动态偏心动态偏心动态偏心电流谱分析电流谱分析轴承故障轴承故障NTN 6305 BrgNTN 6305 BrgBPOR=4.394BPOR=4.394BPIR=2.606BPIR=2.6062 2BSF=0.372BSF=0.372FTF=1.83FTF=1.831 1 2 2 3 3 4 4 BPORBPOR106.9213.8320.7427.6BPIRBPIR63.4126.8190.2253.62 2BSFBSF9.0518.127.1536.2FTFFTF44.589.0133.6

17、178.1 50Hz320.7Hz427.6Hz外环故障外环故障外环故障外环故障电流谱分析电流谱分析潜水泵电机潜水泵电机静、动态偏心，多重谐波峰，同时存在较高的噪声带静、动态偏心，多重谐波峰，同时存在较高的噪声带转子磨碰转子磨碰电流谱分析电流谱分析直流电机直流电机多重电源谐波多重电源谐波+多重触发谐波多重触发谐波CSR故障故障或触发断路或触发断路电流谱分析电流谱分析同步电机同步电机转子励磁转子励磁绕阻故障绕阻故障低频段：电源频率低频段：电源频率 LF(50Hz)的多重边频的多重边频高频段：动态偏心高频段：动态偏心电流谱分析电流谱分析变频装置变频装置变频装置故障变频装置故障波形、低频段、高频段波

18、形、低频段、高频段波形、低频段、高频段波形、低频段、高频段电流谱分析电流谱分析冲床冲床10秒内的三次冲压过程，秒内的三次冲压过程，B点存在问题点存在问题磨碰磨碰或过阻尼或过阻尼MCSA参量分析参量分析 转子转子转子转子 RSLRSL评判评判评判评判 RSLRSL转子状态转子状态转子状态转子状态应对措施应对措施应对措施应对措施1 1极佳极佳极佳极佳无无无无2 2好好好好无无无无3 3小问题小问题小问题小问题继续监测继续监测继续监测继续监测4 4转子条裂纹发展或存在条间高阻转子条裂纹发展或存在条间高阻转子条裂纹发展或存在条间高阻转子条裂纹发展或存在条间高阻增加监测频率增加监测频率增加监测频率增加监

19、测频率5 5单条或两条裂纹，产生高阻单条或两条裂纹，产生高阻单条或两条裂纹，产生高阻单条或两条裂纹，产生高阻增加监测频率，测振动增加监测频率，测振动增加监测频率，测振动增加监测频率，测振动6 6多条裂纹或存在断条与断环多条裂纹或存在断条与断环多条裂纹或存在断条与断环多条裂纹或存在断条与断环尽快检修尽快检修尽快检修尽快检修7 7存在多处断条或断环存在多处断条或断环存在多处断条或断环存在多处断条或断环立即检修或更换立即检修或更换立即检修或更换立即检修或更换电流（电流（电流（电流（I I）参量分析）参量分析）参量分析）参量分析参量参量数值数值分析分析变压器变压器谐波衰减因子谐波衰减因子（THDF）9

20、7.5%105%OK，波形为正弦，波形为正弦105%存在削波，电源须核查存在削波，电源须核查电流偏差电流偏差I10%必须停机必须停机峰值因子峰值因子CF1.45存在冲击及尖峰，电源须核查存在冲击及尖峰，电源须核查1.351.45OK，波形为正弦，波形为正弦电压（电压（电压（电压（V V）参量分析参量分析参量分析参量分析参量参量数值数值分析分析电压偏差因子电压偏差因子VDF 1.06倍额定电压倍额定电压存在冲击，电源须核查存在冲击，电源须核查1.5倍额定电压倍额定电压存在尖峰，电源须核查存在尖峰，电源须核查三相平均电压三相平均电压1.06倍额定电压倍额定电压超超出出最最大大允允许许值值，存存在在

21、冲冲击击，电源须核查电源须核查0.875倍额定电压倍额定电压低低于于最最小小允允许许值值，存存在在衰衰减减，电源须核查电源须核查峰值因子峰值因子CF1.45存在冲击及尖峰，电源须核查存在冲击及尖峰，电源须核查1.351.45OK三相电压平衡三相电压平衡3%应核查应核查5%须停机须停机谐波失真（谐波失真（谐波失真（谐波失真（THDTHD）参量分析参量分析参量分析参量分析THD5%可能出现可能出现3或或5次强谐波次强谐波:3次次较大不平衡电流及零线电流，可能源于较大不平衡电流及零线电流，可能源于供电电源，导致定子绕组过热；供电电源，导致定子绕组过热；5次次叠加在基波上产生扰动的非线性波形。叠加在基

22、波上产生扰动的非线性波形。正正序序谐谐波波（+veseq：4，7，10）5%速度上升，同时存在温升。速度上升，同时存在温升。逆逆序序谐谐波波（-veseq：2，5，8）5%阻阻尼尼加加大大，导导致致过过热热，基基波波必必须须增增长长以以抵抵消消，从而引发轴承、耦合、转子等多种故障。从而引发轴承、耦合、转子等多种故障。零零序序谐谐波波（0seq：3，6，9）5%绕组发热，不会影响转动或扭矩；绕组发热，不会影响转动或扭矩；星星型型系系统统：产产生生大大量量非非线线性性负负荷荷，零零线线电电流流剧剧增，由于相保护断路器不动作而导致过热；增，由于相保护断路器不动作而导致过热；角角型型系系统统：零零序序

23、谐谐波波电电流流产产生生回回路路，导导致致发发热热，增加电流负荷，导致断路器动作。增加电流负荷，导致断路器动作。供电电压供电电压供电电压供电电压参量分析参量分析参量分析参量分析供电电压低于额定供电电压低于额定-15%0效率变化：效率变化：4.5%0工作电流：工作电流：+7%0转转速：速：-0.2%0启动转矩、最大转矩、过载能力：启动转矩、最大转矩、过载能力：-30%0启动电流及温升：启动电流及温升：-15%0供电电压高于额定供电电压高于额定0+15%效率变化：效率变化：02%工作电流：工作电流：0+4%转转速：速：0+0.2%启动转矩、最大转矩、过载能力：启动转矩、最大转矩、过载能力：0+30%启动电流及温升：启动电流及温升：0+15%全全文文完完